2025年高考利用重力沿斜面的下滑分力驅動小車

　　【目的和要求】

　　用比較法探索物體在質量一定時，其加速度與所受外力的關系；以及物體在所受外力恒定時，加速度與其質量的關系。

　　【實驗原理】

　　本實驗的設計思想是：先使物體做勻速直線運動，消除摩擦阻力對物體運動的影響，以便于確定使物體產生加速度的力的值；根據S＝（1／2）at2。對于初速為零的勻加速運動的物體，可以采用比較物體在相等時間內運動的位移來比較物體運動的加速度。

　　【儀器和器材】

　　兩個傾角連續可調的斜面（盡可能光滑一些），兩輛小車（其輪最好用滾珠軸承，兩車質量應相同），砂袋兩個（質量與小車質量相同），直尺，測力計（J2104型）。

　　【實驗方法】

　　1．把兩個斜面并排地放在桌面上。在斜面末端均裝上緩沖片（彈性金屬片）。調節兩斜面的傾角，使兩斜面傾角相差10°－15°。

　　2．把兩輛小車分別放在兩個科面上。用測力計沿平行于斜面方向拉住小車，分別讀出其示數。在摩擦力可以忽略時，這就是小車自由下滑時產生加速度的力的大小。根據所測力的大小，估計兩小車同時釋放、同時到達斜面末端所應具有的初始位置。把兩小車置于所估計的位置，并隨即在斜面一側標記出這個位置。然后同時自由釋放小車，看它們是否同時到達斜面末端。若沒有同時到達，則重新調整其中一輛小車的初始位置（注意標記出新位置），再同時釋放小車。如此調節，直至兩車同時釋放，同時到達斜面末端為止。量出兩車運動的位移S1和S2，與兩車所受的力F1、F2比較，得出小車的加速度與外力的關系。

　　3．重新調整兩斜面的傾角，重復步驟2的實驗，驗證步驟2所得結論的正確性。

　　4．把一輛小車放在斜面上，測出其自由下滑時的力。把另一輛車放在另一斜面上，并在其上加一砂袋。用彈簧秤沿平行于斜面方向拉住小車，調整此斜面的傾角，直至彈簧秤的示數與前一車的相同為止，擰緊緊固螺栓。根據兩車質量的大小關系，找出兩車同時釋放能同時到達斜面末端所應具有的初始位置，分別標記下來。量出兩車的位移S′1和S′2與兩車相應的質量m1、m2比較，得出有關小車的加速度和質量的關系。

　　5．在一輛車上加兩個砂袋，重復步驟4的操作，驗證步驟4所得的結論。

　　【注意事項】

　　1．本實驗設計中忽略了摩擦阻力的影響。實際裝置中的摩擦是否可以忽略呢？可用下述辦法判斷：用彈簧秤沿斜面方向拉住小車緩慢勻速上移或下滑。若彈簧秤示數幾乎不變，則證明摩擦力很小，可以不計。若彈簧秤示數有明顯變化，則應以緩慢下滑時彈簧靜的示數F下作為使小車產生加速度的力（因為F下＝mgsina－f，a斜面傾角）。

　　2．本實驗方法中確保“同時釋放”，準確判定“同時到達”是提高實驗精度的關鍵。為了保證同時釋放，可在兩小車靠斜面頂端一側系上細線，用同一夾子夾住（線的長短應以夾子同時夾住兩線的自由端為準）。實驗時松開夾子兩車就能同時起動。為了準確判定“同時到達”，可以貼一紙條把兩斜面的緩沖金屬片連起來。在小車撞擊時，紙條兩端同時移動，則表示兩車同時到達。

　　【思考題】

　　1．實驗中是怎樣實現兩車質量相同時加速的力不同和兩車質量不同時加速的力相同的？用一個斜面。兩個小車能否達到實驗目的？為什么？

　　2．在做兩車質量相同、加速的力不同的實驗時，你認為兩斜面的傾角是差別大一些好還是小一些好？用實驗驗證你的判斷。（提示：從使兩車加速的力應有差別和易于實現“同時到達”兩方面去思考。）

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